C-V测量技术、技巧与陷阱——常见C-V测量误差II

线缆长度补偿是一种经常被忽视的校正技术。它是针对仪器厂商提供的某些特殊线缆进行相位偏移校正的。交流信号沿着线缆传输需要一定的时间，其在测量结果上产生的相位偏移正比于线缆长度和传输延迟。注意，交流阻抗表测量的实际上是阻抗和相位，因此线缆导致的任何相位偏移都表现为测量中的直接误差。大多数交流阻抗表都支持对一组预定的线缆长度选择补偿，例如0米、1.5米或3米。
随着测试频率的增大，C-V测量对相位误差越来越敏感，尤其是当频率高于1MHz时。不同的开关矩阵[1]、探针台线缆和探针都具有不同的路径长度，我们必须考虑这一因素并进行校正。不同的线缆还具有不同的传输延迟，因此有不同的相位误差。随便选择现有的同轴线缆不是明智之举，因为它可能与厂商电容计预定的传输延迟不匹配。幸运的是，某些新型的C-V表，例如吉时利的4210-CVU[2]，能够测量并调节相位误差，针对不同的线缆系统和不同的路径长度进行补偿。

某些探针台的卡盘本身带有很长的连接探针台的线缆，它们可能与连接机械手的线缆类型不匹配。这会给基于卡盘的测量带来问题。如果可能，解决办法是采用双顶面接触。如果不可行，就要尽量使得连接卡盘的线缆与连接机械手的线缆相互匹配。大多数交流阻抗表最好采用带一组开氏线缆的，一条用于加力一条用于检测，但有时候在系统中同时采用两种线缆是不切实际的。这时，可以用T型连接方式把开氏引线连接在一起，只用一条线连接器件。这种方式会带来增益误差，尤其是对大电容。

卡盘本身就是一个非常沉重、复杂的负载，会影响测量精度。将交流阻抗表的交流激励端（通常称为高电流端）与卡盘相连，将电流探测端（通常称为低电流端）与机械手相连，可以得到最好的结果。

不同的线缆类型和线缆阻抗[3]也会带来问题。例如，某些C-V表是100欧姆的系统，某些是50欧姆的系统。通常我们最好选用交流电表厂商推荐的线缆。开关矩阵会产生很长的，有时候甚至是无法控制的阻抗路径。降低测试频率一般可以改善基于开关矩阵的测量效果。探针会增大与测量串联的接触电阻，可以采用短路校正的方法对其进行补偿。
表1汇总了典型的C-V测量误差源，并给出了相应的校正处理建议。

表1.

误差源	结果	校正处理
线缆长度	·高频下产生增益误差	·采用合适的线缆长度 ·对线缆长度进行软件校正 ·降低测试频率
探测臂、机械手长度	·高频下产生增益误差	·对线缆长度进行软件校正 ·降低测试频率
卡盘线缆与探测线缆不匹配	·高频下产生增益误差 ·偏移电容	·采用双顶面接触 ·对线缆长度进行软件校正 ·降低测试频率
开氏点之后的线缆长度	·阻抗增益/偏移误差	·采用较短的线缆 ·采用开路/短路校正
卡盘是一个沉重而复杂的负载	·高频下产生增益误差 ·测得的C太低 ·测量噪声大	·采用双顶面接触 ·将高电流端与卡盘相连 ·提高交流激励电平 ·降低测试频率 ·将卡盘地线与线缆地线跳接在一起
线缆类型和阻抗	·线缆长度校正无法修复的阻抗增益/偏移误差	·采用厂商推荐的线缆 ·注意线缆阻抗（50欧姆、75欧姆、100欧姆）
开关矩阵	·阻抗增益/偏移误差、测量噪声大	·缩短线缆长度 ·降低测试频率
探针接触电阻[4]	·测量可重复性差	·更换探针 ·采用开路/短路校正

结语
半导体C-V测量的精确性取决于高精度的测试仪器、精心设计的布线结构以及对这些底层测量原理的准确理解。在掌握这些方面之后，您就可以设计出能够满足测试应用需求的硬件和布线结构。